چرا برخی میوه ها و سبزیجات رسانای الکتریسیته هستند؟

در هر نمایشگاه علمی، تقریباً مطمئن هستید که حداقل دو آزمایش را خواهید دید. آتشفشان کلیشه ای پاپیه ماشه و باتری همیشه محبوب ترشی یا سیب زمینی . بسیاری از مردم ممکن است فکر کنند شگفت انگیز است که یک تکه محصول ساده می تواند جریان الکتریسیته را هدایت کند. همانطور که معلوم است، این تمام ماجرا نیست.

انواع مختلفی از هادی های الکتریکی وجود دارد. اینها عبارتند از هادی های الکتریکی سنتی، مانند سیم های مسی و نقره ای که برای اجرای جریان های الکتریکی در خانه ها و ساختمان ها استفاده می شوند. و هادی های یونی، که می توانند برق را از طریق یون های متحرک آزاد تغذیه کنند. مواد آلی، مانند بافت انسانی یا سیب زمینی در آزمایش علمی شما، رسانای یونی هستند  که مدارهای یونی ایجاد می کنند. الکترولیت ها – ترکیبات شیمیایی که هنگام حل شدن در آب یون ایجاد می کنند – در این مواد همه کار را انجام می دهند.

مایکل هیکنر، دانشیار علوم و مهندسی مواد در ایالت پن به لایو ساینس گفت: « میوه‌ها و سبزیجات جریان الکتریکی را به همان روشی که محلول نمک مدار الکتریکی را کامل می‌کند، هدایت می‌کنند». “این به دلیل یون های موجود در محلول نمک است. آنها الکترون ها را رسانا نمی کنند [همانطور که هادی های الکتریکی سنتی انجام می دهند] [ باتری ها چگونه کار می کنند؟ ]

یک هادی یونی حاوی بارهای مثبت و منفی است که به یون‌های باردار نیز گفته می‌شود که در تماس با ولتاژ آزادانه حرکت می‌کنند. به گفته هیکنر، برای مثال، زمانی که نمک خوراکی در آب حل می شود، سدیم و کلرید – که بارهای مخالف هم دارند، مانند Na+ و Cl- – یک محلول یونی ایجاد می کنند. این محلول های یونی الکترولیت نامیده  می شوند و در هر موجود زنده ای یافت می شوند. به همین دلیل، از نظر فنی، هر میوه یا سبزی می تواند به یک هادی یونی تبدیل شود. اما برخی در آن بهتر از دیگران هستند. همچنین به همین دلیل است که آب نمک یا آب شیر تصفیه نشده رسانای یونی بهتری نسبت به آب شیرین فیلتر شده هستند.

بهترین باتری غذایی هر میوه یا سبزی است که دارای سطوح بالایی از یون های ابررسانا مانند پتاسیم یا سدیم باشد و ساختار داخلی مناسبی برای ایجاد جریان کاری داشته باشد. سیب زمینی با ساختار همگن و ترشی که دارای سطوح بالای سدیم و اسیدیته است، نمونه های خوبی از این گونه غذاها هستند. هیکنر گفت: برای یک “اوومف” الکتریکی اضافی، می توانید سیب زمینی خود را قبل از راه اندازی آزمایش باتری سیب زمینی در آب نمک خیس کنید.  

در مقابل، گوجه‌فرنگی‌ها دارای داخل نامرتب و نامرتب هستند و اغلب نشت می‌کنند و حتی یک پرتقال – که دارای سطوح بالایی از پتاسیم است – به خوبی کار نمی‌کند. زیرا گوشت میوه به بخش‌های داخلی تقسیم می‌شود و اینها موانعی را ایجاد می‌کنند که مانع از این می‌شوند. پل تاخیستوف، دانشیار مهندسی غذا در دانشگاه راتگرز در نیوجرسی، به Live Science گفت.

میوه و فلز

برخی از میوه ها و سبزیجات ممکن است مملو از یون های ابررسانای باشند، اما برای تبدیل این غذاها به باتری به چند ماده دیگر نیاز دارید. هیکنر گفت ولتاژ باتری از الکترودهای ساخته شده از دو فلز مختلف مانند مس و روی می آید. با استفاده از یک پنی مسی و یک میخ گالوانیزه (که معمولاً از آهن روکش شده با روی ساخته می شود) به راحتی می توانید باتری سیب زمینی یا ترشی درست کنید.

تاخیستوف گفت: “میوه یا سبزی به خودی خود نمی تواند هدایت کند. به چیزی برای هدایت یون ها نیاز دارد.” وقتی دو فلز مختلف را وارد می‌کنید و آنها را با سیم به هم وصل می‌کنید، یک مدار الکتریکی ایجاد می‌کنید.  سپس وقتی این ماده با الکترولیت‌ها تماس پیدا می‌کند، واکنش باتری شروع به تولید ولتاژ می‌کند. به دلیل تفاوت در انرژی پتانسیل الکتریکی بین دو فلز، یون های مثبت و منفی آزادانه شروع به حرکت خواهند کرد.”

اما آیا یک باتری سیب زمینی می تواند به عنوان مثال، یک گوشی را تامین کند؟ احتمالا نه.

یک باتری سیب زمینی می تواند تنها حدود 1.2 ولت انرژی تولید کند. تاخیستوف گفت که برای ایجاد جریان کافی برای شارژ دستگاهی مانند تلفن یا تبلت، باید تعداد زیادی باتری سیب زمینی را به صورت موازی وصل کنید. تاخیستوف گفت: «در آن مرحله، احتمالاً استفاده از شارژر تلفن شما آسان‌تر است.»